JP2024059287A - ハイブリッド車両の制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】外気へのアンモニアの放出を抑制する。【解決手段】電子制御ユニット３０は、排気浄化触媒１６で多量のアンモニアが生成されているか否かを判定する。そして、電子制御ユニット３０は、多量のアンモニアが生成されていると判定した場合、内燃機関１０の吸入空気量を減量するとともに内燃機関１０の空燃比をリーン側に変更するリーン化処理と、そのリーン化処理による内燃機関１０のトルクの低下分を補償するため、電動機１１のトルクを増加させるトルク増加処理と、を実施する。【選択図】図１

Description

本発明は、ハイブリッド車両の制御装置に関する。

内燃機関の排気を浄化する装置として、三元触媒、酸化触媒、ＮＯｘ吸蔵還元触媒等の排気浄化触媒がある。排気浄化触媒は、炭化水素、一酸化炭素、及び水を含む排気が流入することで、触媒作用により水素を生成する。さらに、この水素が排気中の窒素酸化物と反応すると、アンモニアが生成される。こうした排気浄化触媒でのアンモニアの生成は、内燃機関の空燃比がリーン空燃比からリッチ空燃比に変化した直後に発生し易い。

排気浄化触媒で発生したアンモニアの外気放出を抑える技術として、特許文献１に記載の内燃機関の制御装置が知られている。この文献に記載の制御装置が制御の対象とする内燃機関は、排気通路における排気浄化触媒よりも下流側の部分を流れる排気の一部を吸気中に再循環する排気再循環装置を備えている。こうした内燃機関では、排気浄化触媒で発生したアンモニアの一部が排気と共に吸気中に再循環されて、燃焼室内で燃焼される。特許文献１に記載の内燃機関の制御装置は、リーン空燃比からリッチ空燃比に切り替わったときに、排気の再循環量を増加して、排気と共に吸気中に再循環するアンモニアの量を増やすことで、アンモニアの外気放出を抑えている。

特開２０２２－１０００６７号公報

燃焼の悪化を伴う再循環排気の増量には限界がある。そのため、特許文献１に記載の内燃機関では、排気浄化触媒で大量のアンモニアが発生した場合には、アンモニアの外気放出を十分に抑え切れない場合がある。

上記課題を解決するハイブリッド車両の制御装置は、排気浄化触媒が排気通路に設置された内燃機関と、電動機と、を駆動源として備えるハイブリッド車両の制御を行う。この制御装置は、排気浄化触媒でのアンモニアの生成量が許容量を超えているか否かを判定する判定処理と、判定処理によりアンモニアの生成量が許容量を超えていると判定された場合に、内燃機関の吸入空気量を減量するとともに同内燃機関の空燃比をストイキ空燃比よりもリーン側のリーン空燃比とするリーン化処理と、リーン化処理により内燃機関の空燃比がリーン空燃比とされている期間、電動機のトルクを増加させるトルク増加処理と、を行う。

内燃機関の空燃比をリーン空燃比とすると、排気浄化触媒に流入する排気の窒素酸化物の濃度が高くなる。窒素酸化物とアンモニアとが結合すると、窒素と水となる。そのため、リーン化処理により排気浄化触媒に窒素酸化物を供給することで、排気浄化触媒で生成されたアンモニアを浄化できる。さらに、リーン化処理により吸入空気量を減量すると、排気浄化触媒に流入する排気の量が減少する。そのため、排気浄化触媒からのアンモニアの流出が抑えられる。したがって、リーン化処理を実施することで、排気浄化触媒で生成されたアンモニアの外気への放出を抑えられる。

ただし、リーン化処理を実施すると内燃機関のトルクが低下する。上記制御装置は、リーン化処理と共にトルク増加処理を実施して、電動機のトルクを増加させている。そのため、リーン化処理の実施中のハイブリッド車両の駆動トルクの低下が抑えられる。

ハイブリッド車両の制御装置の一実施形態の構成を模式的に示す図である。 同実施形態の制御装置が実行する燃焼切替制御ルーチンのフローチャートである。

以下、ハイブリッド車両の制御装置の一実施形態を、図１及び図２を参照して詳細に説明する。
＜ハイブリッド車両の制御装置の構成＞
まず、図１を参照して、同実施形態の車両制御装置が適用されるハイブリッド車両Ｃの駆動系の構成を説明する。図１に示すように、ハイブリッド車両Ｃは、走行用の駆動源として、内燃機関１０と電動機１１とを備えている。

内燃機関１０は、複数の燃焼室１２と、吸気通路１３と、排気通路１４と、を備えている。吸気通路１３は、各燃焼室１２への吸気の導入路である。排気通路１４は、各燃焼室１２からの排気の排出路である。吸気通路１３には、吸気の流路面積を変更するバルブであるスロットルバルブ１５が設けられている。排気通路１４には、排気浄化触媒１６が設置されている。排気浄化触媒１６の例は、三元触媒、酸化触媒、ＮＯｘ吸蔵還元触媒である。各燃焼室１２には、火花放電により混合気を点火する点火装置１７が設置されている。さらに、内燃機関１０は、燃焼室１２毎に個別のインジェクタ１８を備えている。インジェクタ１８は、吸気通路１３を通じて燃焼室１２に導入される吸気中にガソリンや軽油等の燃料を噴射する。

内燃機関１０の出力軸であるクランク軸１９は、クラッチ２０を介して電動機１１の回転軸２１に機械的に連結されている。さらに、電動機１１の回転軸２１は、変速機２２及びディファレンシャル２３を介して車輪２４に機械的に連結されている。また、電動機１１は、インバータ２５を介してバッテリ２６に電気的に接続されている。

こうしたハイブリッド車両Ｃの制御装置は、電子制御ユニット３０を備えている。電子制御ユニット３０には、処理装置３１と記憶装置３２とが設けられている。記憶装置３２には、車両制御用のプログラムやデータが記憶されている。処理装置３１は、記憶装置３２からプログラムを読込んで実行することで、ハイブリッド車両Ｃの制御のための各種処理を実行する。電子制御ユニット３０には、ハイブリッド車両Ｃの各部に設置されたセンサの検出信号が入力されている。センサには、エアフローメータ３３、クランク角センサ３４、水温センサ３５、アクセルペダルセンサ３６、車速センサ３７が含まれる。エアフローメータ３３は、吸気通路１３を流れる吸気の流量である吸入空気量ＧＡを検出するセンサである。クランク角センサ３４は、クランク軸１９の回転角を検出するセンサである。水温センサ３５は、内燃機関１０の冷却水の温度であるエンジン水温ＴＨＷを検出するセンサである。アクセルペダルセンサ３６は、運転者のアクセルペダルの踏込量であるアクセルペダル操作量ＡＣＣを検出するセンサである。車速センサ３７は、ハイブリッド車両Ｃの走行速度である車速ＳＰＤを検出するセンサである。なお、電子制御ユニット３０は、クランク角センサ３４の検出結果からクランク軸１９の回転速度であるエンジン回転数ＮＥを求めている。

電子制御ユニット３０は、これらセンサの検出結果に基づき、内燃機関１０、電動機１１、クラッチ２０、及び変速機２２を制御することで、ハイブリッド車両Ｃの制御を行っている。電子制御ユニット３０は、スロットルバルブ１５の開度、点火装置１７の点火時期、インジェクタ１８の燃料噴射量等を操作することで、内燃機関１０を制御する。また、電子制御ユニット３０は、インバータ２５の操作を通じて、電動機１１のトルクを制御する。また、電子制御ユニット３０は、アクセルペダル操作量ＡＣＣ及び車速ＳＰＤに基づき、変速機２２の変速比を制御する。

＜ハイブリッド車両Ｃの駆動制御＞
次に、電子制御ユニット３０が実行するハイブリッド車両Ｃの駆動制御について説明する。ハイブリッド車両Ｃの駆動制御に際して電子制御ユニット３０はまず、アクセルペダル操作量ＡＣＣ及び車速ＳＰＤに基づいて要求駆動トルクＴＲ＊を演算する。要求駆動トルクＴＲ＊は、電動機１１の回転軸２１から変速機２２に入力するトルクの要求値である。次に電子制御ユニット３０は、要求駆動トルクＴＲ＊を目標エンジントルクＴＥ＊と目標モータトルクＴＭ＊とに分配する。目標エンジントルクＴＥ＊は、内燃機関１０に発生させるトルクの目標値である。目標モータトルクＴＭ＊は、電動機１１に発生させるトルクの目標値である。電子制御ユニット３０は、目標モータトルクＴＭ＊に等しいトルクを電動機１１に発生させるようにインバータ２５を操作する。また、電子制御ユニット３０は、目標エンジントルクＴＥ＊に等しいトルクを発生させるために必要なスロットルバルブ１５の開度、点火装置１７の点火時期、インジェクタ１８の燃料噴射量等の内燃機関１０の操作量を演算する。そして、電子制御ユニット３０は、演算した操作量に応じてスロットルバルブ１５、点火装置１７、インジェクタ１８等を操作する。

なお、電子制御ユニット３０は、燃焼室１２で燃焼される混合気の空燃比を、内燃機関１０の運転状況に応じて調整している。例えば電子制御ユニット３０は、ハイブリッド車両Ｃの加速時には、ストイキ空燃比よりもリッチ側のリッチ空燃比とするように、空燃比を調整している。また、電子制御ユニット３０は、軽負荷運転時には、ストイキ空燃比よりもリーン側のリーン空燃比とするように空燃比を調整している。これ以外にも、電子制御ユニット３０は、内燃機関１０や排気浄化触媒１６の暖機状況等にも基づいて、空燃比の調整を行っている。電子制御ユニット３０は、こうした空燃比の調整を、スロットルバルブ１５の開度及びインジェクタ１８の燃料噴射量の操作を通じて行っている。なお、以下の説明では、ストイキ空燃比の混合気の燃焼をストイキ燃焼、リッチ空燃比の混合気の燃焼をリッチ燃焼、リーン空燃比の混合気の燃焼をリーン燃焼、と記載する。

＜アンモニア放出の抑制制御＞
次に、排気浄化触媒１６で生成されたアンモニアの外気への放出を抑制するために電子制御ユニット３０が実行する抑制制御について説明する。

図２に、こうした抑制制御のために電子制御ユニット３０が実行する抑制制御ルーチンのフローチャートを示す。電子制御ユニット３０は、内燃機関１０の運転中、既定の制御周期毎に同ルーチンを繰り返し実行する。

本ルーチンを開始すると、電子制御ユニット３０はまずステップＳ１００において、リーン化処理フラグＦがセットされているか否かを判定する。リーン化処理フラグＦは、後述するリーン化処理の実施中であるか否かを示すフラグである。電子制御ユニット３０は、リーン化処理フラグＦがセットされている場合（ＹＥＳ）にはステップＳ１６０に、セットされていない場合（ＮＯ）にはステップＳ１１０に、それぞれ処理を進める。

ステップＳ１１０に処理を進めた場合、電子制御ユニット３０は、そのステップＳ１１０において、排気浄化触媒１６でのアンモニアの生成量が許容量を超えるか否かを、内燃機関１０の運転状態に基づいて判定する。そして、電子制御ユニット３０は、アンモニアの生成量が許容量以下であると判定した場合（Ｓ１１０：ＮＯ）にはそのまま今回の本ルーチンの処理を終了する。また、電子制御ユニット３０は、アンモニアの生成量が許容量を超えていると判定した場合（Ｓ１１０：ＹＥＳ）には、ステップＳ１２０に処理を進める。

排気浄化触媒１６でのアンモニアの生成量は、空燃比がリーン空燃比からリッチ空燃比に変化したときに多くなる。こうした空燃比の変化は、例えば内燃機関１０の始動時、ハイブリッド車両Ｃの発進時、降坂走行から登坂走行への移行時に発生する。電子制御ユニット３０は、これらの場合に排気浄化触媒１６でのアンモニアの生成量が許容量を超えると判定している。

ステップＳ１２０に処理を進めると、電子制御ユニット３０は、そのステップＳ１２０において、リーン化処理フラグＦをセットする。また、電子制御ユニット３０は、続くステップＳ１３０において、積算吸入空気量ＩＧＡの値を「０」にリセットした後、ステップＳ１４０に処理を進める。

ステップＳ１４０に処理を進めた場合の電子制御ユニット３０は、そのステップＳ１４０において、内燃機関１０のリーン化処理を実施する。リーン化処理は、内燃機関１０の吸入空気量ＧＡを減量するとともに、内燃機関１０の空燃比をリーン空燃比とする処理である。本実施形態の場合、電子制御ユニット３０は、リーン化処理において、リーンアイドル運転の実施を内燃機関１０に指令する。リーンアイドル運転は、空燃比をストイキ空燃比よりもリーン側のリーン空燃比とした状態での内燃機関１０のアイドル運転である。この指令により、内燃機関１０の吸入空気量ＧＡは、空燃比をリーン空燃比とした状態で自立運転可能な最小の量に減量される。リーンアイドル運転中の内燃機関１０の実トルクは「０」となる。続くステップＳ１５０において、電子制御ユニット３０は、電動機１１のトルク増加処理を実施する。本実施形態の場合、電子制御ユニット３０は、要求駆動トルクＴＲ＊に等しい値とするように目標モータトルクＴＭ＊を再設定することで、トルク増加処理を行っている。そして、電子制御ユニット３０は、今回の制御周期における本ルーチンの処理を終了する。

一方、ステップＳ１６０に処理を進めた場合の電子制御ユニット３０は、そのステップＳ１６０において、現在の吸入空気量ＧＡに基づいて積算吸入空気量ＩＧＡの値を更新する。具体的には、電子制御ユニット３０は、更新前の値と現在の吸入空気量ＧＡとの和を更新後の値とすることで、積算吸入空気量ＩＧＡの値を更新している。なお、積算吸入空気量ＩＧＡの値は、リーン化処理フラグＦをセットしたとき（Ｓ１２０）に、「０」にリセットされている。こうした積算吸入空気量ＩＧＡの値は、リーン化処理開始後の吸入空気量ＧＡの積算値を表わしている。

続くステップＳ１７０において電子制御ユニット３０は、更新後の積算吸入空気量ＩＧＡの値が既定のリーン化終了判定値Ｙ以上であるか否かを判定する。そして、電子制御ユニット３０は、積算吸入空気量ＩＧＡがリーン化終了判定値Ｙ未満の場合（ＮＯ）にはステップＳ１４０に処理を進める。これに対して、積算吸入空気量ＩＧＡがリーン化終了判定値Ｙ以上の場合（ＹＥＳ）には、電子制御ユニット３０は、ステップＳ１８０においてリーン化処理フラグＦをクリアした後、今回の本ルーチンの処理を終了する。

＜実施形態の作用、効果＞
以上のように構成された本実施形態の作用及び効果について説明する。
電子制御ユニット３０は、図２のステップＳ１１０において、排気浄化触媒１６でのアンモニアの生成量が許容量を超えるか否かを判定する判定処理を行っている。そして、電子制御ユニット３０は、判定処理においてアンモニアの生成量が許容量を超えると判定した場合には、次のリーン化処理とトルク増加処理と、を実施する。リーン化処理は、内燃機関１０の吸入空気量ＧＡを減量するとともに内燃機関１０の空燃比をストイキ空燃比よりもリーン側のリーン空燃比とする処理である。トルク増加処理は、電動機１１のトルクを増加させる処理である。図２の場合、ステップＳ１４０の処理がリーン化処理に、ステップＳ１５０の処理がトルク増加処理に、それぞれ対応している。

リーン化処理により空燃比をリーン空燃比とすると、排気浄化触媒１６に流入する排気の窒素酸化物の濃度が高くなる。窒素酸化物とアンモニアとが結合すると、窒素と水となる。そのため、リーン化処理により排気浄化触媒１６に窒素酸化物を供給することで、排気浄化触媒１６で生成されたアンモニアを浄化できる。さらに、リーン化処理により吸入空気量ＧＡを減量すると、排気浄化触媒１６に流入する排気の量が減少する。そのため、排気浄化触媒１６からのアンモニアの流出が抑えられる。したがって、リーン化処理を実施することで、排気浄化触媒１６で生成されたアンモニアの外気への放出を抑えられる。

電子制御ユニット３０は、リーン化処理において、空燃比をリーン空燃比とした状態で内燃機関１０をアイドル運転させている。すなわち、リーン化処理において電子制御ユニット３０は、リーン空燃比のもとで内燃機関１０が自立運転可能な最小の量まで吸入空気量ＧＡを減量している。そのため、リーン化処理による排気浄化触媒１６からのアンモニアの流出の抑制効果が高くなる。

なお、リーン化処理を実施すると、内燃機関１０のトルクが低下する。よって、単にリーン化処理を実施するだけでは、ハイブリッド車両Ｃの駆動トルクの不足を招く。これに対して電子制御ユニット３０は、電動機１１のトルクを増加させるトルク増加処理を、リーン化処理に併せて実施している。そのため、電子制御ユニット３０は、リーン化処理に伴う内燃機関１０のトルクの低下分が、電動機１１のトルクの増加により補償される。したがって、リーン化処理の実施によるハイブリッド車両Ｃの駆動トルクの低下を抑制できる。

＜他の実施形態＞
本実施形態は、以下のように変更して実施することができる。本実施形態及び以下の変更例は、技術的に矛盾しない範囲で互いに組み合わせて実施することができる。

・排気浄化触媒１６でのアンモニアの生成量を推定するとともに、その推定結果に基づいて判定処理を行うようにしてもよい。アンモニアの生成量の推定は、例えば内燃機関１０の空燃比、吸入空気量ＧＡ、排気浄化触媒１６の温度等に基づいて行える。

・排気浄化触媒１６の内部、又は排気通路１４における排気浄化触媒１６よりも下流側の部分に、排気中のアンモニアの濃度又は量を検出するアンモニアセンサを設置する。そして、そのアンモニアセンサの検出結果に基づいて判定処理を行うようにしてもよい。

・上記実施形態では、リーン化処理において吸入空気量ＧＡを、内燃機関１０がリーンアイドル運転となる量まで減量していた。リーン化処理での減量後の吸入空気量ＧＡを、内燃機関１０がリーンアイドル運転となる量よりも多い量としてもよい。そして、トルク増加処理での電動機１１のトルクの増加量を、そうしたリーン化処理による内燃機関１０のトルクの低下量と等しい量とするとよい。

・上記実施形態では、処理の開始からの積算吸入空気量ＩＧＡに基づいてリーン化処理及びトルク増加処理を実施する期間を定めていた。処理の開始からの経過時間等の積算吸入空気量ＩＧＡ以外のパラメータに基づいて、リーン化処理及びトルク増加処理を実施する期間を定めるようにしてもよい。

・上記実施形態の制御装置は、内燃機関及び電動機を駆動源として備えるハイブリッド車両であれば、例えば複数の電動機を備える等、図１とは異なる構成のハイブリッド車両にも適用できる。

１０…内燃機関、１１…電動機、１２…燃焼室、１３…吸気通路、１４…排気通路、１５…スロットルバルブ、１６…排気浄化触媒、１７…点火装置、１８…インジェクタ、１９…クランク軸、２０…クラッチ、２１…回転軸、２２…変速機、２３…ディファレンシャル、２４…車輪、２５…インバータ、２６…バッテリ、３０…電子制御ユニット、３１…処理装置、３２…記憶装置、３３…エアフローメータ、３４…クランク角センサ、３５…水温センサ、３６…アクセルペダルセンサ、３７…車速センサ

Claims (3)

1. 排気浄化触媒が排気通路に設置された内燃機関と、電動機と、を駆動源として備えるハイブリッド車両の制御を行う装置であって、
   前記排気浄化触媒でのアンモニアの生成量が許容量を超えるか否かを判定する判定処理を実施するとともに、
   前記内燃機関の吸入空気量を減量するとともに同内燃機関の空燃比をストイキ空燃比よりもリーン側のリーン空燃比とするリーン化処理と、前記電動機のトルクを増加させるトルク増加処理と、を、前記判定処理においてアンモニアの生成量が許容量を超えると判定された場合に実施する
   ハイブリッド車両の制御装置。
2. 前記リーン化処理は、空燃比をリーン空燃比とした状態で前記内燃機関をアイドル運転させる処理である請求項１に記載のハイブリッド車両の制御装置。
3. 前記リーン化処理の開始後の吸入空気量の積算値が既定の判定値以上となったときに同リーン化処理を終了する請求項１に記載のハイブリッド車両の制御装置。

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